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Verfahren zur Herstellung eines feuerfesten Schamottebetons mit Was
serglasbindung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines feuerfesten
Schamottebetons mit Wasserglasbindung, der eine hohe thermische und mechanische
Widerstandsfähigkeit und eine ausgezeichnete chemische Beständigkeit, insbesondere
gegen CO- und CH4-reiche Gase und gegen Säuren aufweist.
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Es ist bekannt, daß man durch Zusatz von 12 bis 18 Easse-h Wasserglas
zu einem Schamottezuschlagstoff gestaffelter Körnung hitzebeständige Schamot tebet
one mit Wasserglasbindung herstellen kann. Dabei wird in der Regel Natriumfluorosilikat
in Mengen von etwa 10 Masse-% des Wasserglasanteils zugegeben, um das Durchhärten
des Betons zu beschleunigen. Der Anteil des Schamottezuschlages mit einer Mahlfeinheit
-0,1 mm Ubersteigt bei diesen Betonen 25 Masse-% des Betongemenges nicht. Das Druckerweichungsverhalten
der Betone wird trotz der hohen Druckfeuerbeständigkeit des Schamottezuschlags durch
das ungUnstige Erweichungsverhalten des Wasserglases bestimmt. Dabei werden Druckfeuerbeständigkeitswerte
von ta = 1100 °C und te = 1150 OC nicht Uberschritten und der Kegelfallpunkt liegt
mit PK 141 nur im hitzebeständigen Bereich. Die Kaltdruckfestigkeit ist genügend
hoch, um eine technische Anwendung zu gestatten, übersteigt aber 300 kp/cm2 nicht.
Die offene Porosität ist mit 25,4 bis 29 % relativ groß.
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Es ist weiterhin bekannt, daß man Schamottebetone mit Wasserglasbindung
mit höherer Druckfeuerbeständigkeit erhalten kann, wenn man den Anteil an Schamottefeinkorn
0,1 mm auf 35 Masse-% steigert und gleichzeitig den Härtebeschleuniger Natriumfluorosilikat
durch Portlandzement ersetzt. Dabei wird der Portlandzement in der Regel in Mengen
von 1 Masse-% des Sohamottefeinkorns zugesetzt. Auch verringert man die Dichte des
eingesetzten Wasserglases auf 1,25 g/cm3, um bei gleichbleibender
Verarbeitbarkeit
des Betons den Anteil an Natriumsilikat herabzusetzen.
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Die Feuerfestigkeit dieses Betons liegt zwar ebenfalls nur im hitzebeständigen
Bereich, mit ta = 1220 0C und te = 1360 °C werden aber relativ hohe Druckfeuerbeständigkeitswerte
erreicht. Dabei sinkt allerdings die Kaltdruckfestigkeit mit 22 kp/cm2 auf einen
ert ab, der den technischen Anforderungen nicht mehr genügt. Betone dieser Art können
ohne Vorbrand der aus ihnen gefertigten Bauteile nicht verwendet werden.
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Auf diese Weise wird der Haupt vorzug des hitzebestandigen Betons
geopfert.
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Zweck der Erfindung ist es, die Druckfeuerbeständigkeit und damit
die thermische Anwendungagrenze des Schamottebetons mit Wasserglasbindung zu erhöhen.
Dabei soll die bekannte Gesamtporosität im Hinblick auf die chemische Beständigkeit
des Betons mindestens erhalten, wenn möglich sogar vermindert werden. Andererseits
soll die Kaltdruckfestigkeit die bekannten Höchstwerte nach Möglichkeit überschreiten,
uni den unmittelbaren einsatz des Betons ohne Vorbrand zu gestatten.
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Auf diese Weise soll ein feuerfester Beton entstehen, der in Temperaturbereichen
eingesetzt werden kann, fUr die bisher nur Betone mit Zementbindung zur Verfügung
standen, die wiederum infolge des radikalen Abfalls ihrer Kaltdruckfestigkeit in
Temperaturbereichen von 200 bis 1000 0C und ihrer geringen chemischen Beständigkeit
den Anforderungen auf vielen Anwendungsgebieten nicht gerecht werden konnten.
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Der erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung
eines Schamottebetons mit Wasserglasbindung zu entwickeln, dessen Kegelfallpunkt
im feuerfesten Bereich liegt und der eine Druckfeuerbeständigkeit aufweist, die
der des Schamottezuschlags nahekommt. Das Verfahren soll es außerdem erlauben, die
Kaltdruckfeatigkeit des Betons nach Mdglichkeit weiter zu erhöhen und die Gesamtporosität
zu verringern.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß 12 bis 16 Masse-%
Natronwasserglas 0,8 bis 2,5 Masse-% Natriumfluorosilikat 38 bis 52 Masse-% Schamotte
in einer Körnung < 0,1 mm und 31 bis 49 Masse-% Schamotte in einer Körnung von
0,1 bis maximal 40 mm nach der herkömmlichen Betontechnologie gemischt und weiterverarbeitet
werden. Der Anteil des Schamottefeinkorns < 0,1 mm an dem aus Natronwasserglas
und Feinkorn bestehenden Bindemittel ist hierbei größer als 70 Masse-%. Natronwasserglas
und Feinkorn sind in diesem Verhältnis bei Erhitzung des Betons in der Lage, so
rasch Verbindungen hoher Feuerfestigkeit einzugehen, daß das Erweichungsende te
erst bei Temperaturen um 1400°C erreicht wird. Der besondere Effekt besteht dabei
in der Bildung von Nullit. Der Kegelfallpunkt des erfindungsgemäßen Betons liegt
mit PK 169 im feuerfesten Bereich.
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Obwohl als Folge der Erfindung eine gleichzeitige Erhöhung des ta-Punktes
der Druckfeuerbeständigkeit nicht zu erwarten war, da die Aufangserweichung durch
das Erweichungsverhalten der niedrigstschmelzenden Verbindung des Betons bestinullt
wird, hat sich auch diese Kenngröße wesentlich verbessert. Das Gemisch aus Schamottefeinkorn
< 0,1 mm und Natronwasserglas übt also im Betongemenge offensichtlich eine Doppelfunktion
aus. Es beeinflußt erstens das Druckerweichungsverhalten in der oben geschilderten
Weise und führt zweitens zu einer bestimmten Konsistenz des Frischbetons, die während
der Verdichtung des Betongemenges das Erreichen einer maximalen Dichte bewirkt.
Das nunmehr eng aneinandergelagerte Grobkorn des Schamottezuschlags gibt bei Erhitzung
ein zuverlässiges Stützgerüst ab und läßt trotz der ersten erweichung eines Teils
des zwischengelagerten Bindemittels eine Zusammendrückung des Betons nicht zu.
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Es ist bei dem erfindungsgemäßen Beton auch möglich, den Härtebeschleuniger
Natriumfluorosilikat vollkommen oder teilweise durch Portlandzement zu ersetzen,
ohne dai die bisher bekairnte unvertretbar hohe Äbnaiime der Kaltdruckfestigkeit
eintritt. bs wird empfohlen, bei vollem Ersatzdes Natriumfluorosilikats durch Portlandzement
die Menge des Portlandzements auf 0,3 bis 0,9 Masse-% zu bemessen.
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Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß der
nach diesem Verfahren hergestellte Beton bei wesentlich höheren Betriebstemperaturen
als die bekannten Schamottebetone mit Wasserglasbindung eingesetzt werden kann.
Infolge des sehr hohen Erweichungsendes kann der Beton bei doppelseitiger Temperatureinwirkung
thermisch mindestens bis zum ta-Punkt der Druckfeuerbeständigkeit belastet werden,
während die bisherigen Betone llvegen des geringen Erweichungsintervalls nur eine
Belastung zuließen, die 100 bis 150 0 unterhalb des an sich schon niedrigeren ta-lertes
lagen. Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte beton liegt mit seinem
Kegelfallpunkt im feuerfesten Bereich, während die bekannten Betone lediglich als
hitzebeständig bezeichnet werden konnten. Dabei erlaubt der Beton gleichzeitig eine
starke mechanische Beanspruchung bei der Montage und auch während des Betriebs der
anlagen, für die dieser Beton eingesetzt wird. Das an sich schon günstige chemische
Verhalten, das auf die Wasserglasbindung zurückzuführen ist, wird bei dem erfindungsgemäßen
Beton durch eine außergewöhnlich geringe Gesamtporosität weiter verbessert.
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Durch den erfindungsgemäßen Beton wird in der Reihe der hitzebeständigen
und feuerfesten Betone eine Bücke geschlos sen, die insofern bestand, als für Temperaturen
oberhalb 1000 °C nur noch zementgebundene Betone eingesetzt werden konnten, die
zwar die notwendige Druckfeuerbeständigkeit, nicht aber die in vielen Anwendungsfällen
erforderliche Widerstandsfähigkeit gegen CO- und CH4-reiche Gase und gegen
däuren
besaßen. Außerdem besitzt der erfindungsgemäße Beton gegenüber allon zementgebundenen
Betonen den Vorteil, daß seine Kaltdruckfestigkeit im kritischen {i'emperaturbereich
von 2O0 bis 1000 °C nur unwesontlich absinkt, während bei den zementgebundenen Betonen
oft das technisch vertretbare Maß an Festigkeit unterschritten wurde.
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Die Brfindung soll an drei Beispialen erläutert werden.
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Beispiel 1: In einem Anwendungsbeispiel wurde der Beton wie folgt
zusammengesetzt: 14,0 Masse-% Natronwasserglas 1,5 Masse-% Natriumfluorosilikat
41,5 Masse-% Schamottefeinkorn < 0,1 mm 43,0 Masse-% Schamotte einer Körnung
> 0,1 mm An dem Beton dieser Zusammensetzung wurden folgende Gütewerte ermittelt:
Feuergestigkeit PK 169 Druckfeuerbeständigkeit ta 1136 °C te 1385 oO Rohdichte (ohne
Vorbrand) 2,05 g/cm3 Kaltdruckfestigkeit (ohne Vorbrand) 350 kp/cm2 Gesamtporosität
(ohne Vorbrand) 11,5 % Beispiel 2: In einem weiteren Beispiel wurde ein Teil d es
Härtebeschleunigers durch Portlandzement ersetzt: 13,2 Zlasse-% Natronwasserglas
0,7 Masse-% Natriumfluorosilikat 0,3 Maase-% Portlandsement 4D,0 Masse-% Schamottefeinkorn
< 0,1 mm 42,8 Masse-% Schamotte der Kdrnung > 0,1 mm Der Beton besaß folgende
Güterwerte: Feuerfestigkeit PK 167
Druckfeuerbeständigkeit ta 1125
0C te 1365 0C Rohdichte (ohne Vorbrand) 2,02 g/cm3 Kaltdruckfestigkeit (ohne Vorbrand)
430 kp/cm2 Gesamtporosität (ohne Vorbrand) 13,0 h Beispiel 3: In einem weiteren
Falle wurde ein Beton folgender Zusammensetzung untersucht: 15,5 Masse- % Natronwasserglas
0,7 Masse-% Portlandzement 48,0 Masse-% Schamottefeinkorn < 0,1 mm 35,8 Masse-%
Schamotte einer Körnung > 0,1 mm An diesem Beton wurden folgende Gütewerte ermittelt:
Feuerfestigkeit PK 171 Druckfeuerbeständigkeit ta 1120 °C te 1370 oC Rohdichte (ohne
Vorbrand) 2,01 g/cm3 Kaltdruckfestigkeit (ohne Vorbrand) 375 kp/cm2 Gesamtporosität
(ohne Vorbrand) 13,5 %